韓·美·伊서 다양한 연구경험 바탕
세계적 이차전지 전문가 반열 올라
충·방전 과정서 발생하는 내부현상
국내서 처음으로 시공간적으로 분석
완벽한 안전성 갖춘 전지 개발 목표
이공계 구성원 위해 국가가 나서야
세계적 이차전지 전문가 반열 올라
충·방전 과정서 발생하는 내부현상
국내서 처음으로 시공간적으로 분석
완벽한 안전성 갖춘 전지 개발 목표
이공계 구성원 위해 국가가 나서야
![[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… "절대적으로 안전하게"](http://contents.dt.co.kr/images/202505/2025050202101702731002[1].jpg "[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… \"절대적으로 안전하게\"")
이준기의 D사이언스
이현욱 울산과학기술원 에너지화학공학과 교수
'신소재'라는 단어에 꽂힌 대학생이 있었다. 그동안 거리를 뒀던 공부를 다시 시작하게 됐고, 이전에 알지 못했던 공부에 대한 흥미와 재미까지 덤으로 얻었다. 풋풋한 스물 살의 청년에게 신소재는 그야말로 마력 같은 특별한 선물이 돼 주었다. 신소재 분야 연구에 한껏 빠져든 덕분에 생각지도 않게 대학원에 들어가 덜컥 석·박사학위까지 받았다. 대학 시절부터 지금까지 20년 넘게 신소재와 함께 한 그는 어느덧 세계적인 이차전지 분야 전문가 반열에 올라섰다.
이현욱 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 젊은 특훈교수는 이차전지 고도분석 연구를 선도하는 젊은 과학자로 세계적인 주목을 받고 있다. 자그마치 2019년부터 2024년까지 6년 연속 이차전지 분야에서 탁월한 연구 업적을 인정받아 '세계에서 가장 영향력 있는 연구자(HCR)'로 선정됐다. HCR은 논문 피인용 횟수가 세계 상위 1%에 해당하는 연구자에게 부여하는 최고의 영예다. 이 교수는 30대 후반의 나이 때부터 한 해를 빼놓지 않고 지금까지 HCR에 선정된 것이다.
만 45세 이하 교수 중 노벨상 수상자나 그에 준하는 세계 최고 수준의 연구역량과 리더십을 인정받아 UNIST '젊은 특훈교수'로도 선발됐다.
그는 이차전지 분야에 실시간 투과전자현미경을 이용한 분석법을 국내에서 처음으로 개척한 과학자다. 이를 계기로 이차전지 성능과 안전성 향상을 위한 연구 분야에서 독보적인 연구성과를 지속적으로 창출하고 있다.
이 교수는 "리튬금속 전지와 전고체 전지 등 차세대 이차전지 연구에 역량을 집중하고 있다"면서 "어떤 이유에서든 폭발하지 않고 절대적으로 안전한 이차전지를 만드는 게 앞으로의 목표"라고 말했다.
대담=이준기 세종본부 과학바이오팀 부장
![[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… "절대적으로 안전하게"](http://contents.dt.co.kr/images/202505/2025050202101702731002[2].jpg "[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… \"절대적으로 안전하게\"")
◇막연히 꿈꿔온 '과학자', 신소재와 만나 이뤄
어릴 적 이 교수의 꿈은 과학자였다. 존경하는 인물도 천재 물리학자인 아인슈타인였다. 고등학교 때까지 과학자라는 꿈을 막연하게 품고 있었지만, 수학과 과학 과목을 좋아하면서 과학자는 그의 현실적 목표가 됐다. 하지만 과학자가 되기 위해 열심히 공부하기 보다는 노는 것에 더 재미를 붙인 채 고등학교 시절을 보냈다.
그는 "원래 금속공학과나 재료공학과에 들어가려고 했는데, 학과 선택을 고민하던 중 '신소재'라는 이름 자체가 풍기는 묘한 매력에 빠져 국내 대학 중 가장 먼저 신소재공학과 명칭을 쓴 대학에 들어가게 됐다"고 말했다.
신소재공학과 1기였던 그는 1학년을 마치고 군대에 다녀오고 복학한 이후 책임감을 갖고 학업에 더 집중할 수 있었고, 그 결과 우수한 성적을 거둘 수 있었다.
그러던 중 학부생 신분으로 대학원생의 연구 생활을 먼저 경험할 수 있는 인턴 기회를 얻어 대학원 진학을 진지하게 고민하게 됐다. 고민 끝에 1년 간 어학연수와 여행을 통해 내적 성장과 경쟁력을 키운 뒤 대학원에 도전하자고 목표를 정할 수 있었다.
이 교수는 "대학원생 인턴 생활을 하면서 학부생으로 경험할 수 없었던 많은 것을 배우며 스스로 성장·발전하고 있음을 깨닫고, 대학원에 들어가 본격적으로 연구자의 길에 들어서게 됐다"고 설명했다.
◇세 분의 국내외 지도교수가 '든든한 멘토로'
이 교수에게는 잊을 수 없는 세 분의 교수님이자 멘토가 있었다. 한 분은 박사학위 지도교수님이고, 또 한 분은 박사후연구원 시절 지도교수님, 그리고 마지막 한 분은 대학원 시절 이탈리아에 방문연구원으로 생활하면서 만난 교수님이었다.
그는 "대학원 석사 2학년 때 안식년을 가신 지도교수님이 이차전지 양극물질에 관한 합성을 해 달라는 제안을 받은 게 이차전지 연구를 시작하게 됐다"며 "이를 계기로 석사 때는 이차전지 물질 합성 연구를, 박사 과정에서는 세라믹을 전공하신 교수님과 함께 이차전지 연구실을 새롭게 꾸려 좀 더 깊이 있게 연구를 하게 됐다"고 소개했다.
이 교수를 석사 시절 부터 눈여겨 보던 한국과 미국, 이탈리아에서 각각 인연을 맺었던 세 분의 국내외 교수님이 적극 추천해 쉽게 기회를 잡을 수 없는 미국 유수 대학의 박사후연구원으로 연구할 수 있는 행운을 얻었다. 그곳에서 오롯이 연구에 집중하며 마음껏 연구 역량을 펼칠 수 있었고, 첨단분석 장비인 투과전자현미경을 이용한 이차전지 고도분석 연구를 국내에서 처음으로 시작할 수 있는 발판도 마련했다.
그는 "다른 연구자들은 박사후연구원 생활을 하면서 보다 좋은 조건의 직업을 찾기 위해 연구해야 하는 부담이 있었지만, 저는 그와 반대로 부담감 없이 현재 하는 연구에 집중하자는 마음으로 남들보다 행복하고 즐겁게 박사후연구원을 잘 마칠 수 있었다"고 떠올렸다.
![[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… "절대적으로 안전하게"](http://contents.dt.co.kr/images/202505/2025050202101702731002[3].jpg "[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… \"절대적으로 안전하게\"")
◇이차전지 분야 '뉴 라이징 스타 과학자'로 도약
연구자로서 행복했고, 성장의 기회가 됐던 박사후연구원 생활을 무사히 마치고, 그는 2016년 울산과학기술원(UNIST) 교수로 임용, 한국에 돌아왔다. 이 교수의 연구 분야는 이차전지 고도 분석으로, 그가 처음으로 국내에서 시작했다. 원자 단위 분석이 가능한 실시간 투과전자현미경을 이용해 이차전지 내부에서 일어나는 현상을 연구해 보다 성능 좋은 소재를 찾아내고, 안전성과 내구성을 높이는 연구였다.
우수한 이차전지를 개발하기 위해선 양극물질, 음극물질, 전해질 등 전극 재료를 분석하는 기술이 필수적이다.
그는 "기존 장비와 달리 첨단 분석장비인 투과전자현미경을 적용해 이차전지 충·방전 과정에서 발생하는 다양한 내부 현상을 시공간적으로 분석하는 연구를 국내에서 거의 처음 시도한 것"이라고 설명했다. 이를 통해 이차전지의 폭발·화재를 발생시키는 열화현상 원인을 나노미터 수준부터 밀리미터 수준까지 규명했고, 충전 중 발생하는 리튬금속전지의 덴드라이트(리튬이온이 불균일하게 나뭇가지 모양으로 성장하는 현상)를 억제해 안전성과 수명을 획기적으로 높이는 방법을 제시했다.
이어 리튬금속 음극 소재 표면에 형성되는 고체전해질 계면(SEI)층의 구조와 성능 향상 원리도 밝혀내며 리튬금속 전지의 상용화에 한 발 다가서는 세계 최고 수준의 연구성과를 잇따라 발표함으로써 커다란 주목을 받았다.
그는 "'배터리 내부에서 어떤 일이 일어나고, 리튬이온은 어떻게 움직일까'를 늘 상상하고, 예측하는 방식으로 연구에 접근해 가고 있다"면서 "무엇보다 주어진 시간에 다른 일을 최소화하고, 연구에 최대한 집중하는 속에서 성과들이 나오는 게 아닌가 생각한다"고 피력했다.
![[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… "절대적으로 안전하게"](http://contents.dt.co.kr/images/202505/2025050202101702731002[4].jpg "[이준기의 D사이언스] 독보적 이차전지 연구 성과… \"절대적으로 안전하게\"")
◇최고로 안전한 배터리 개발 '올인'… 中, "우습게 봐선 안돼"
최근 성능과 내구성이 좋으면서 폭발 위험이 없는 안전한 차세대 배터리 개발을 위한 각국의 기술 개발 경쟁이 치열하다. 대표적으로 리튬금속전지, 전고체 전지, 나트륨 전지, 리튬황전지 등을 꼽을 수 있다. 이들의 공통점은 폭발과 화재 위험을 원천적으로 차단한 절대적으로 안전한 차세대 이차전지라는 점이다.
이 교수는 "최근에는 이차전지 소재 연구에 주력하며 어떤 환경에서든 어떤 이유에서든 완벽한 안전성을 갖춘 차세대 전지 개발에 역량을 모으고 있다"며 "비록 기술적 난제가 너무나 많아 지금은 어렵고 불가능해 보여도 머지 않은 미래에 가능할 것"이라고 전망했다.
차세대 이차전지 중 전고체 전지와 나트륨 전지가 상용화에 가장 근접해 있다고 예상했다. 그는 "응용 분야에 따라 상용화되는 차세대 이차전지가 달라지겠지만, 현재 기술과 산업 측면에서 보면 전고체 전지와 나트륨 전지, 리튬금속전지 등의 순으로 상용화가 이뤄져 시장에 선보일 것 같다"고 봤다. 다만, 리튬황전지는 양극물질로 쓰이는 황이 지닌 기술적 문제가 해결돼야 상용화가 가능할 것으로 진단했다.
이 교수는 차세대 이차전지 분야에서 중국의 거센 추격과 진격을 우려했다. 우리나라와 비교가 되지 않을 정도로 중국 정부의 엄청난 투자 속에서 기술개발이 빠르게 진행되고 있을 뿐 아니라, 사실상 규제가 없어 개발된 기술에 대한 테스트나 실증에 오랜 시간이 걸리지 않아 단기간 내 기술 확보가 유리한 생태계를 갖고 있다.
그는 "차세대 이차전지에 대한 중국 정부 차원의 투자가 양적 규모에서 어마어마하고, 요즘에는 기술적 디테일까지 갖춰 우습게 봤다간 그야말로 큰 코 다치는 지경에 이를 정도로 중국의 기술 수준과 기술개발 속도가 무섭다"고 평가했다. 이어 "기술을 개발하면 규제를 받지 않고 얼마든지 테스트해서 짧은 기간 내 기술을 스케일업해 양산까지 할 수 있는 능력도 갖춰 차세대 이차전지에서 앞서 나갈 가능성이 크다"고 덧붙였다.
◇행복한 연구실·헌신하는 과학자 몸소 실천
이 교수는 행복한 연구실을 조성하고, 헌신하는 과학자가 되려고 스스로 실천한다. 우선 연구실의 학생들이 주말에도 스스럼 없이 나와 즐겁게 공부하고 연구하는 공간으로 연구실을 만드는 게 목표다.
그는 "오고 싶은 연구실로 인식돼야 학생들이 즐겁고 행복하게 연구할 수 있다"며 "그러기 위해 학생들과 자주 소통하고, 행복감을 주는 연구실 문화를 만들어 가는데 함께 노력하고 있다"고 말했다.
헌신하는 과학자가 돼야 한다고도 학생들에게 강조했다. 작게는 가정, 학교, 사회, 국가의 지원을 받아 연구하는 상황에서 그에 걸맞게 헌신해야 한다는 것이다. 스스로는 물론 제자들이 장차 과학자로 자라 국가 발전을 위해 사회적 책임을 다하는 '노블리주 오블리주'를 실천해야 한다는 게 이 교수의 주장이다.
저출생에 따른 학령인구 감소, 의대 쏠림에 의한 이공계 기피 등 국내 대학들이 직면한 위기에 대해 "그동안 위기 없는 시대는 없었다. 이공계의 경우 남아 있는 구성원들이 더 잘 할 수 있게 국가가 나서야 한다"며 "의대 갈 실력임에도 이공계가 좋아 온 학생들이 여전히 있는 만큼 그들이 잘 성장해 대한민국의 미래를 책임지는 과학자가 될 수 있도록 많은 기회와 다양한 지원을 아끼지 말아야 한다"고 피력했다.
이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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